BG67304B1 - Electric machine with additional movable stator - Google Patents
Electric machine with additional movable stator Download PDFInfo
- Publication number
- BG67304B1 BG67304B1 BG112762A BG11276218A BG67304B1 BG 67304 B1 BG67304 B1 BG 67304B1 BG 112762 A BG112762 A BG 112762A BG 11276218 A BG11276218 A BG 11276218A BG 67304 B1 BG67304 B1 BG 67304B1
- Authority
- BG
- Bulgaria
- Prior art keywords
- stator
- rotor
- magnetic field
- movable
- machine
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K16/00—Machines with more than one rotor or stator
- H02K16/02—Machines with one stator and two or more rotors
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
- H02K21/02—Details
- H02K21/021—Means for mechanical adjustment of the excitation flux
- H02K21/028—Means for mechanical adjustment of the excitation flux by modifying the magnetic circuit within the field or the armature, e.g. by using shunts, by adjusting the magnets position, by vectorial combination of field or armature sections
- H02K21/029—Vectorial combination of the fluxes generated by a plurality of field sections or of the voltages induced in a plurality of armature sections
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K16/00—Machines with more than one rotor or stator
- H02K16/04—Machines with one rotor and two stators
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
- Linear Motors (AREA)
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
Abstract
Description
Област на техникатаField of technology
Настоящото изобретение се отнася най-общо до електрически машини, предназначени за преобразуване на енергията посредством използване на електромагнитна индукция. По-специално настоящото изобретение се отнася за начина на насочване на магнитното поле чрез прибавяне към статора и ротора на машината на допълнителен самонасочващ се елемент, наречен подвижен статор.The present invention relates generally to electrical machines designed to convert energy through the use of electromagnetic induction. In particular, the present invention relates to a method of directing the magnetic field by adding to the stator and rotor of the machine an additional self-directing element called a movable stator.
Предшестващо състояние на техникатаBACKGROUND OF THE INVENTION
Всяка въртяща електрическа машина има статор и ротор, разделени от въздушна междина. Основната част от електрическите машини, произвеждани към момента на подаване на заявката за настоящия патент, използват магнитно поле за предаване на енергията между статора и ротора и преобразуване на електрическата енергия в механично движение. При генераторен режим става обратното преобразуване - магнитното поле генерира електрически ток в намотките. Във всяка електрическа машина може да бъде променена посоката на енергийно преобразуване, т. е. те могат да преобразуват механична енергия в електрическа (генераторен режим) или електрическа енергия в механична (двигателен режим). Активните части на машината са магнитопроводът и намотките, в които се преобразува енергията. Загубите при преобразуването на енергия генерират топлина. За поддържане на температурата в допустими граници се използва охладителна система.Each rotating electric machine has a stator and a rotor separated by an air gap. The majority of electrical machines manufactured at the time of filing the present patent application use a magnetic field to transmit energy between the stator and the rotor and to convert the electrical energy into mechanical motion. In generator mode, the reverse conversion occurs - the magnetic field generates an electric current in the windings. In any electrical machine, the direction of energy conversion can be changed, ie they can convert mechanical energy into electrical (generator mode) or electrical energy into mechanical (motor mode). The active parts of the machine are the magnetic circuit and the windings in which the energy is converted. Energy conversion losses generate heat. A cooling system is used to keep the temperature within acceptable limits.
При пресмятане на електро-движещия момент се прилага сила на Лоренц или силата на отблъскване/привличане между еднакви/противоположни магнитни полюси. И в двата случая насочеността и големината на магнитното поле е от решаващо значение. Магнитното поле се генерира от постоянни магнити и/или електромагнити на статора и роторът е разположен вътре в това магнитно поле. Всички материали, разположени между магнитните полюси на статора, влияят върху разпределението на магнитното поле, т. е. въздушните междини и отвори, феромагнитните и парамагнитните материали пренасочват магнитните линии и се образуват области с различна посока и големина на магнитното поле.When calculating the electromotive moment, the Lorentz force or the force of repulsion / attraction between identical / opposite magnetic poles is applied. In both cases, the direction and magnitude of the magnetic field are crucial. The magnetic field is generated by permanent magnets and / or electromagnets of the stator and the rotor is located inside this magnetic field. All materials located between the magnetic poles of the stator affect the distribution of the magnetic field, ie air gaps and holes, ferromagnetic and paramagnetic materials redirect the magnetic lines and form regions with different direction and magnitude of the magnetic field.
За да се постигне най-голямо магнитодвижещо напрежение и съответно максимални въртящ момент и коефициент на полезно действие трябва:In order to achieve the maximum magnetically moving voltage and, accordingly, the maximum torque and efficiency, you must:
- при използване на Лоренцова сила - проводниците на намотките трябва да са перпендикулярни на линиите на магнитното поле и съответно магнитното поле да е съсредоточено в областта на протичане на електрическия ток в намотките;- when using Lorentz force - the conductors of the windings must be perpendicular to the lines of the magnetic field and, accordingly, the magnetic field must be concentrated in the area of electric current flow in the windings;
- при използване на постоянни магнити или електромагнити в ротора - магнитните линии трябва да минават по допирателната на ротора и да избутват роторните магнити по посока на въртене на ротора. Съответно в тези области статорното магнитно поле трябва да е максимално.- when using permanent magnets or electromagnets in the rotor - the magnetic lines must pass along the tangent of the rotor and push the rotor magnets in the direction of rotation of the rotor. Accordingly, in these areas the stator magnetic field must be maximum.
Същите условия са в сила, когато електрическата машина работи, като генератор и трябва да се постигне най-голямо електродвижещо напрежение.The same conditions apply when the electric machine is operating as a generator and the highest electromotive voltage must be achieved.
За да се постигнат тези цели се използват комбинации от различни материали в ротора и той се оформя по такъв начин, че под какъвто и ъгъл да е завъртян ротора, магнитното поле да има „приемлива“ форма. Това е сериозен проблем, защото „нечувствителността“ на магнитното поле спрямо ъгъла на завъртане на ротора и концентрирането на магнитното поле са взаимно противоречащи си задачи.To achieve these goals, combinations of different materials are used in the rotor and it is shaped in such a way that at whatever angle the rotor is rotated, the magnetic field has an "acceptable" shape. This is a serious problem because the "insensitivity" of the magnetic field to the angle of rotation of the rotor and the concentration of the magnetic field are mutually contradictory tasks.
BG 67304 BlBG 67304 Bl
Въртенето на магнитопровода (като част от ротора) води до генериране на вихрови токове в магнитопровода. За да се намали този проблем, роторите се изработват от метални пластини (ламели), пресован феритен прах или са кухи (напр. изпълнителен постояннотоков двигател с куха немагнитна котва). Това повишава себестойността на двигателите, защото се усложнява изработването на ротора. В случая на двигател с куха немагнитна котва разсейването на магнитното поле силно влошава характеристиките на двигателя и такива двигатели се използват само, когато е необходимо голямо бързодействие.The rotation of the magnetic circuit (as part of the rotor) leads to the generation of eddy currents in the magnetic circuit. To reduce this problem, the rotors are made of metal plates (lamellae), extruded ferrite powder or are hollow (eg an executive DC motor with a hollow non-magnetic anchor). This increases the cost of the motors because it complicates the construction of the rotor. In the case of a hollow non-magnetic armature motor, the scattering of the magnetic field greatly degrades the characteristics of the motor and such motors are used only when high speed is required.
Постояннотоковият двигател с куха немагнитна котва се смята за един от най-бързодействащите с времеконстанта от няколко милисекунди, тъй като роторът има малка маса, малък инерционен момент и малка времеконстанта.The DC motor with a hollow non-magnetic armature is considered to be one of the fastest with a time constant of a few milliseconds, as the rotor has a small mass, a small moment of inertia and a small time constant.
Техническа същност на изобретениетоTechnical essence of the invention
Електрическата машина, съгласно изобретението, включва неподвижен статор и монтиран в статора ротор, фиксиран към вал на ротора, използваща магнитна индукция за предаване на енергия между статора и ротора. Съгласно изобретението роторът е кух и във вътрешността му съосно с възможност за въртене е разположен поне един допълнителен подвижен статор, приспособен да се ориентира спрямо магнитното поле, създавано от машината, като е изработен поне частично от феромагнитни материали и е монтиран към вала на ротора с възможност за свободно въртене около него и съответно, спрямо ротора.The electric machine according to the invention comprises a fixed stator and a rotor mounted in the stator, fixed to the rotor shaft, using magnetic induction to transfer energy between the stator and the rotor. According to the invention, the rotor is hollow and at least one additional movable stator is arranged inside it co-rotatably, adapted to orient itself to the magnetic field generated by the machine, being made at least partially of ferromagnetic materials and mounted to the rotor shaft with possibility for free rotation around it and, respectively, relative to the rotor.
В един вариант на изпълнение феромагнитният материал в поне единият подвижен статор изгражда тяло, минаващо през геометричната ос на подвижния статор и имащо в напречен разрез удължен профил, простиращ се между две диаметрално противоположни зони на периферията на подвижния статор.In one embodiment, the ferromagnetic material in the at least one movable stator forms a body passing through the geometric axis of the movable stator and having an elongated profile in cross section extending between two diametrically opposite zones on the periphery of the movable stator.
Възможно е феромагнитният материал в поне единият подвижен статор да изгражда две или повече четен брой тела, като всеки две от тези тела са еднакви по форма и са разположени симетрично спрямо оста на въртене и диаметрално противоположно едно на друго по периферията на подвижния статор.It is possible for the ferromagnetic material in at least one movable stator to form two or more even numbers of bodies, each of these bodies being identical in shape and located symmetrically with respect to the axis of rotation and diametrically opposite each other on the periphery of the movable stator.
За предпочитане феромагнитната част на поне единият подвижен статор е изработена поне частично от постоянни магнити. Още по-предпочитано е феромагнитната част на подвижния статор да е изработена изцяло от постоянни магнити.Preferably, the ferromagnetic part of the at least one movable stator is made at least in part of permanent magnets. Even more preferably, the ferromagnetic part of the movable stator is made entirely of permanent magnets.
Възможно е поне единият подвижен статор да е частично изработен от парамагнитни материали извън зоните с феромагнитен материал.It is possible that at least one movable stator is partially made of paramagnetic materials outside the areas with ferromagnetic material.
Желателно е крепежни елементи на поне единия подвижен статор да са изработени от парамагнитни материали.It is desirable that the fasteners of at least one movable stator be made of paramagnetic materials.
Възможно е роторът да е кух цилиндър, разположен между статора и подвижния статор. Алтернативно роторът може да е кух конус, разположен между статора и подвижния статор. Също така е възможно роторът да е дисковиден, разположен между статора и подвижния статор.It is possible for the rotor to be a hollow cylinder located between the stator and the movable stator. Alternatively, the rotor may be a hollow cone located between the stator and the movable stator. It is also possible for the rotor to be disk-shaped, located between the stator and the movable stator.
Възможно е електрическата машина да има повече от два магнитни полюса.It is possible for an electric machine to have more than two magnetic poles.
Подвижният статор може да съдържа постоянни магнити и части, направени от феромагнитни и парамагнитни материали. Подвижният статор се изработва с такава форма, че да насочва магнитните линии на генерираното от статора магнитно поле така, че магнитните линии да са перпендикулярни на роторните намотки. Подвижният статор се ориентира спрямо полюсите на магнитното поле, генерирано от статора, както стрелката на компас се ориентира спрямо земното магнитно поле. Тъй като подвижният статор не се движи спрямо магнитното поле, феромагнитният материал се намагнитва и се получава слаб магнит. Подвижният статор винаги се намира вThe movable stator may contain permanent magnets and parts made of ferromagnetic and paramagnetic materials. The movable stator is designed to direct the magnetic lines of the magnetic field generated by the stator so that the magnetic lines are perpendicular to the rotor windings. The movable stator is oriented relative to the poles of the magnetic field generated by the stator, just as the compass needle is oriented relative to the earth's magnetic field. Since the movable stator does not move relative to the magnetic field, the ferromagnetic material is magnetized and a weak magnet is formed. The movable stator is always located in
BG 67304 Bl едно и също положение спрямо генерираното от статора магнитно поле и отпада необходимостта подвижният статор да провежда магнитно поле във всички посоки.BG 67304 Bl is the same position with respect to the magnetic field generated by the stator and there is no need for the movable stator to conduct a magnetic field in all directions.
Необходим е по-малко материал за изработване на ротора заедно с подвижния статор в сравнение с материала, необходим за ротора на съществуващите машини и така машината става по-лека.Less material is needed to make the rotor together with the movable stator compared to the material needed for the rotor of existing machines, so the machine becomes lighter.
В подвижния статор не се генерират вихрови токове, защото е неподвижен спрямо генерираното от статора магнитно поле, така че не се налага да се изработва от пластини или да се използват други техники за намаляване на загряването и загубите от вихрови токове. Феромагнитните материали се намагнитват, като техните домени се ориентират по посока на магнитните линии. Тъй като подвижният статор е неподвижен спрямо генерираното от статора магнитно поле, се избягват преориентирането на домените, загубата на енергия, нужна за този процес и генерираното при пренамагнитването загряване. Когато феромагнитният материал на ротора на съществуващите машини се превърне в слаб магнит, роторът се стреми да остане ориентиран по посока на магнитните линии и част от генерираното магнитодвижещо напрежение трябва да преодолява това съпротивление - това води до намаляване на коефициента на полезно действие.No eddy currents are generated in the movable stator because it is stationary relative to the magnetic field generated by the stator, so it does not have to be made of plates or use other techniques to reduce heating and eddy current losses. Ferromagnetic materials are magnetized, and their domains are oriented in the direction of the magnetic lines. Since the movable stator is stationary relative to the magnetic field generated by the stator, reorientation of the domains, loss of energy required for this process and overheating generated by re-magnetization are avoided. When the ferromagnetic material of the rotor of existing machines becomes a weak magnet, the rotor tends to remain oriented in the direction of the magnetic lines and part of the generated magneto-driving voltage must overcome this resistance - this leads to a reduction in efficiency.
Използването на феромагнитни материали за направата на подвижния статор най-общо опростява дизайна на машината и намалява загубите в нея. Работните характеристики се подобряват, но не се различават значително от работните характеристики на съществуващите машини. При използване в подвижния статор на постоянни магнити, се увеличава големината на генерираното в района на ротора магнитно поле, защото се сумират магнитните полета на статор и на постоянните магнити на подвижния статор. По този начин се увеличава въртящият момент на електрическата машина, защото Лоренцовата сила и оттам отдаваната мощност е правопропорционална на магнитното поле в областта на роторните намотки.The use of ferromagnetic materials to make the movable stator generally simplifies the design of the machine and reduces losses in it. Performance is improved, but does not differ significantly from the performance of existing machines. When permanent magnets are used in the movable stator, the magnitude of the magnetic field generated in the rotor region is increased because the magnetic fields of the stator and the permanent magnets of the movable stator are summed. In this way, the torque of the electric machine is increased, because the Lorentz force and hence the power output is directly proportional to the magnetic field in the field of the rotor windings.
Пояснение на приложените фигуриExplanation of the attached figures
По-подробно електрическа машина, съгласно изобретението, е пояснена чрез предпочитани варианти на изпълнение, дадени като неограничаващ обхвата на изобретението пример, с препратки към приложените фигури, където:In more detail, an electric machine according to the invention is illustrated by preferred embodiments, given as a non-limiting example, with reference to the accompanying figures, where:
Фигура 1 показва опростен надлъжен изглед отгоре на колекторен постояннотоков двигател.Figure 1 shows a simplified longitudinal top view of a collector DC motor.
Фигура 2 е напречно сечение на машина със статор 1, представен с два постоянни магнити N и S. Подвижният статор 6, направен от парамагнитен материал, не е показан за да се вижда формата на магнитното поле, получено от двата магнита N и S на неподвижния статор 1.Figure 2 is a cross section of a machine with a stator 1 represented by two permanent magnets N and S. The movable stator 6 made of paramagnetic material is not shown to see the shape of the magnetic field obtained from the two magnets N and S of the fixed stator 1.
Фигура 3 показва големината на магнитното поле по контура А-Е-А на машината от фигура 2.Figure 3 shows the magnitude of the magnetic field along the contour AA of the machine of Figure 2.
Фигура 4 е напречно сечение на машина със статор 1, представен с два постоянни магнити N и S. Подвижният феромагнитен статор 6 е с форма на плътен цилиндър.Figure 4 is a cross-section of a machine with a stator 1 represented by two permanent magnets N and S. The movable ferromagnetic stator 6 is in the form of a solid cylinder.
Фигура 5 показва големината на магнитното поле по контура А-Е-А на машината от фигура 4.Figure 5 shows the magnitude of the magnetic field along the contour AA of the machine of Figure 4.
Фигура 6 е напречно сечение на машина със статор 1, представен с два постоянни магнити N и S. Подвижният статор 6 е изграден от две части - феромагнитна 7 и вътрешна парамагнитна.Figure 6 is a cross section of a machine with a stator 1, represented by two permanent magnets N and S. The movable stator 6 is composed of two parts - ferromagnetic 7 and internal paramagnetic.
Фигура 7 показва големината на магнитното поле по контура А-Е-А на машината от фигура 6.Figure 7 shows the magnitude of the magnetic field along the contour AA of the machine of Figure 6.
Фигура 8 е напречно сечение на машина със статор 1, представен с два постоянни магнити N и S. Подвижният статор 6 е от плътен феромагнитен материал.Figure 8 is a cross section of a machine with a stator 1 represented by two permanent magnets N and S. The movable stator 6 is made of a dense ferromagnetic material.
Фигура 9 показва големината на магнитното поле по контура А-Е-А на машината от фигура 8.Figure 9 shows the magnitude of the magnetic field along the contour AA of the machine of Figure 8.
BG 67304 BlBG 67304 Bl
Фигура 10 е напречно сечение на машина със статор 1, представен с два постоянни магнити N и S. Подвижният статор 6 е изграден от две части - постоянен магнит 7 и вътрешен парамагнит.Figure 10 is a cross section of a machine with a stator 1, represented by two permanent magnets N and S. The movable stator 6 is composed of two parts - a permanent magnet 7 and an internal paramagnet.
Фигура 11 показва големината на магнитното поле по контура А-Е-А на машината от фигура 10.Figure 11 shows the magnitude of the magnetic field along the contour AA of the machine of Figure 10.
Фигура 12 е напречно сечение на машина със статор 1, представен с два постоянни магнити N и S. Подвижният статор 6 е изграден от две части - постоянен магнит 7 и феромагнит 8.Figure 12 is a cross section of a machine with a stator 1, represented by two permanent magnets N and S. The movable stator 6 is composed of two parts - a permanent magnet 7 and a ferromagnet 8.
Фигура 13 показва големината на магнитното поле по контура А-Е-А на машината от фигура 12.Figure 13 shows the magnitude of the magnetic field along the contour AA of the machine of Figure 12.
Фигура 14 е напречно сечение на машина със статор 1, представен с два постоянни магнити N и S. Подвижният статор 6 е цял постоянен магнит.Figure 14 is a cross-section of a machine with a stator 1 represented by two permanent magnets N and S. The movable stator 6 is an integral permanent magnet.
Фигура 15 показва големината на магнитното поле по контура А-Е-А на машината от фигура 14.Figure 15 shows the magnitude of the magnetic field along the contour AA of the machine of Figure 14.
Пример за изпълнение и действие на изобретениетоAn example of an embodiment and operation of the invention
Настоящото изобретение е приложимо за различни видове електрически машини, работещи в генераторен или двигателен режим. Например, постояннотокови двигатели, асинхронни двигатели и т. н. Въпреки че изобретението е приложимо за различни видове двигатели и генератори, на фигурите е разгледан колекторен постояннотоков двигател, за да се обясни идеята, която е еднаква за всички електрически машини. Приложените фигури не изчерпват всички възможни конфигурации.The present invention is applicable to various types of electrical machines operating in generator or motor mode. For example, DC motors, asynchronous motors, etc. Although the invention is applicable to different types of motors and generators, the figures show a collector DC motor to explain the idea, which is the same for all electrical machines. The attached figures do not exhaust all possible configurations.
Съществуващите електрически машини се състоят основно от две части, които се движат една спрямо друга. Едната част е закрепена за корпуса 4 на машината и се нарича статор 1. Другата част се движи спрямо статора и се нарича ротор. Роторът е закрепен за вала на машината, който благодарение на лагери 5 може свободно да се върти. Между ротора и статора има въздушна междина 14. Предаването на енергия между статора и ротора става посредством създаденото от машината магнитно поле В.Existing electrical machines consist mainly of two parts that move relative to each other. One part is attached to the housing 4 of the machine and is called the stator 1. The other part moves relative to the stator and is called the rotor. The rotor is attached to the shaft of the machine, which thanks to bearings 5 can rotate freely. There is an air gap 14 between the rotor and the stator. The energy transfer between the stator and the rotor takes place by means of the magnetic field B created by the machine.
Настоящото изобретение добавя трета част на машината, която може да се върти както спрямо статора, така и спрямо ротора.The present invention adds a third part of the machine that can rotate relative to both the stator and the rotor.
Съгласно настоящото изобретение роторът на съществуващите към момента електрически машини се разделя на две части - активна част, наричана по-долу ротор, където са разположени магнитните елементи, като постоянни магнити или електрически намотки и магнитопроводна част, наричана по-долу подвижен статор. Между ротора и подвижния статор 6 има въздушна междина 15.According to the present invention, the rotor of existing electrical machines is divided into two parts - an active part, hereinafter referred to as a rotor, where the magnetic elements, such as permanent magnets or electrical windings, and a magnetic conductor part, hereinafter referred to as a movable stator. There is an air gap 15 between the rotor and the movable stator 6.
Фигура 1 показва опростен надлъжен изглед отгоре на колекторен постояннотоков двигател. Показана е само конструкцията на статорите и ротора. Колекторите не са показани на фигурата, тъй като нямат отношение към изобретението. Неподвижният статор е закрепен към корпуса 4 на двигателя. (Крепежните елементи не са показани.) Лагерите 5 позволяват на вала 3 да се върти свободно около оста 0-0. Кухият ротор 2 посредством крепежните елементи 13 е закрепен към вала 3 и се върти заедно с него. Във вътрешността на ротора 2 е разположен подвижния статор 6, който се състои от външна част 7, вътрешна част 8 и крепежни елементи 9. Вътрешната част 8 на подвижния статор 6 е отделена от вала 3 чрез въздушна междина 16. Подвижният статор 6 е монтиран към вала 3 на машината, посредством лагери 5 и може свободно да се върти около оста на въртене на ротора 2. По такъв начин подвижният статор 6 може да променя своята ориентация както спрямо ротора 2, така и спрямо статора 1. В ляво на фигура 1 са показани областите, заети от отделните части на машината - вала 3, подвижния статор 6, ротора 2 и неподвижния статор 1, представляващи вложени един в друг цилиндри, разделени от въздушни междини. Роторът 2 е отделен от неподвижния статор 1 и подвижния статор 6 чрез въздушни междини 14 и 15. По този начин неподвижния статор 1, ротора 2 и подвижния статор 6 могат да се въртят свободно един спрямо друг. РоторниятFigure 1 shows a simplified longitudinal top view of a collector DC motor. Only the construction of the stators and rotor is shown. The collectors are not shown in the figure as they have no relation to the invention. The fixed stator is attached to the motor housing 4. (Fasteners are not shown.) The bearings 5 allow the shaft 3 to rotate freely about the 0-0 axis. The hollow rotor 2 is fastened to the shaft 3 by means of the fastening elements 13 and rotates together with it. Inside the rotor 2 is a movable stator 6, which consists of an outer part 7, an inner part 8 and fasteners 9. The inner part 8 of the movable stator 6 is separated from the shaft 3 by an air gap 16. The movable stator 6 is mounted to the shaft 3 of the machine by means of bearings 5 and can rotate freely about the axis of rotation of the rotor 2. In this way the movable stator 6 can change its orientation relative to both the rotor 2 and the stator 1. To the left of figure 1 are shows the areas occupied by the individual parts of the machine - the shaft 3, the movable stator 6, the rotor 2 and the fixed stator 1, representing nested cylinders separated by air gaps. The rotor 2 is separated from the fixed stator 1 and the movable stator 6 by air gaps 14 and 15. In this way, the fixed stator 1, the rotor 2 and the movable stator 6 can rotate freely relative to each other. The rotor
BG 67304 Bl пакет 11 е разположен и се движи между магнитите на статора 1 и външната част 7 на подвижния статор 6. Котвената намотка 12 и крепежните елементи 13 на ротора 2 се разполагат извън зоната затворена между магнитите на статора 1 и външната част 7 на подвижния статор 6.BG 67304 Bl package 11 is located and moves between the stator magnets 1 and the outer part 7 of the movable stator 6. The armature winding 12 and the fastening elements 13 of the rotor 2 are located outside the area closed between the stator magnets 1 and the outer part 7 of the movable stator. stator 6.
Роторът на машината може да бъде кух цилиндър, кух конус или да е с дисковидна форма. Подвижният статор 6 може да има различни форма, която трябва да съответства на кухината на ротора, съответно може да е с цилиндрична, конусна или дискова форма, както и част от цилиндър, част от конус, част от диск и т. н.The rotor of the machine can be a hollow cylinder, a hollow cone or be disk-shaped. The movable stator 6 can have different shapes, which must correspond to the rotor cavity, respectively it can be cylindrical, conical or disk-shaped, as well as part of a cylinder, part of a cone, part of a disk, etc.
На фигури 2, 4, 6, 8, 10, 12 и 14 са показани напречни сечения в равнината С-С на различни конфигурации на постояннотоковия двигател от фигура 1. От статора 1 са показани само двата магнита 10. Роторът 2 не е показан, за да се виждат по-ясно магнитните линии. Валът 3 на машината заедно с ротора 2 се въртят около оста О-О, която е перпендикулярна на показаното сечение С-С. Подвижният статор 6 трябва да е изработен поне частично от феромагнитен материал. Подвижният статор 6 може да е изграден и от разнородни материали - парамагнитни (на мястото им може да има въздух), феромагнитни (например, от анодно желязо) и постоянни магнити от същия вид като магнитите 10 на неподвижния статор 1. Отделните детайли не са защриховани, за да се виждат по-ясно магнитните линии. Използвани са еднакви геометрични размери за коректно сравняване на резултатите от симулациите при статично положение на изобразените части на машината.Figures 2, 4, 6, 8, 10, 12 and 14 show cross-sections in the plane C-C of different configurations of the DC motor of Figure 1. From the stator 1 only the two magnets 10 are shown. The rotor 2 is not shown, to see the magnetic lines more clearly. The shaft 3 of the machine together with the rotor 2 rotate about the axis O-O, which is perpendicular to the shown section C-C. The movable stator 6 must be made at least in part of ferromagnetic material. The movable stator 6 can also be made of various materials - paramagnetic (in their place there may be air), ferromagnetic (for example, anode iron) and permanent magnets of the same type as the magnets 10 of the fixed stator 1. The individual parts are not shaded to see the magnetic lines more clearly. The same geometric dimensions are used to correctly compare the results of the simulations in the static position of the depicted parts of the machine.
Например, на фигура 8, феромагнитният материал оформя удължено тяло с приблизително правоъгълно напречно сечение, преминаващо през геометричната ос на подвижния статор. В този вариант подвижният статор може да има допълнително и парамагнитни части, допълващи формата на подвижния статор до правилен цилиндър.For example, in Figure 8, the ferromagnetic material forms an elongated body with an approximately rectangular cross section passing through the geometric axis of the movable stator. In this embodiment, the movable stator may additionally have paramagnetic parts that complement the shape of the movable stator to a regular cylinder.
На фигури 3, 5, 7, 9, 11, 13 и 15 е показана големината на магнитното поле в средата на роторния канал между магнитите на статор 1 и подвижния статор 6. На графиките е показано безразмерно магнитното поле по контура А-Е-А, като полето при подвижен статор 6, изграден от парамагнити, е прието за 1.0, т. е. за 100%. Когато в подвижния статор 6 се използват парамагнитни и феромагнитни материали магнитното поле не се усилва, а само се пренасочва, но при използване в подвижния статор 6 на постоянни магнити, магнитното поле се увеличава с големината на магнитното поле, генерирано от тези магнити. В зависимост от дизайна на машината усилването е различно и зависи от съотношението между магнитните полета, генерирани от статора 1 и подвижния статор 6. В показаното примерно изпълнение общото магнитно поле на варианта на постояннотоковия двигател от фигура 14 е с до 150% по-силно спрямо вариантите без допълнителни магнити, т. е. двигателят от фигура 14 е от 2 до 2,5 пъти по-мощен от вариантите, показани на фигури 2, 4, 6 и 8. Усилването чрез използване на допълнителни постоянни магнити в подвижните статори 6 зависи от конкретните параметри на машината и не може обобщено да се определи за всички видове машини, имащи различни размери и дизайни и използващи различни материали. Общото е усилването на магнитното поле поради добавянето на допълнително магнитно поле, създавано от постоянните магнити на подвижните статори 6.Figures 3, 5, 7, 9, 11, 13 and 15 show the magnitude of the magnetic field in the middle of the rotor channel between the magnets of stator 1 and the movable stator 6. The graphs show the dimensionless magnetic field along the contour A-E-A , as the field for a movable stator 6, made of paramagnets, is assumed to be 1.0, ie 100%. When paramagnetic and ferromagnetic materials are used in the movable stator 6, the magnetic field is not amplified but only redirected, but when permanent magnets are used in the movable stator 6, the magnetic field increases with the magnitude of the magnetic field generated by these magnets. Depending on the design of the machine, the gain is different and depends on the ratio between the magnetic fields generated by the stator 1 and the movable stator 6. In the illustrated embodiment, the total magnetic field of the DC motor variant of Figure 14 is up to 150% stronger than the variants without additional magnets, ie the motor of figure 14 is 2 to 2.5 times more powerful than the variants shown in figures 2, 4, 6 and 8. The gain by using additional permanent magnets in the movable stators 6 depends from the specific parameters of the machine and cannot be summarized for all types of machines having different sizes and designs and using different materials. Common is the amplification of the magnetic field due to the addition of an additional magnetic field created by the permanent magnets of the movable stators 6.
Разделянето на ротора 2 и подвижния статор 6 води до редица ефекти, които подобряват характеристиките на електрическите машини. Роторът 2 е кух, тъй като вътрешността му е заета от подвижния статор 6 и поради това има по-малка маса. Това осигурява по-малко натоварване на машината, по-ниска инертност на ротора, по-кратко време на реакция и по-лесно стартиране на машината, т. е. по-добри динамични характеристики.The separation of the rotor 2 and the movable stator 6 leads to a number of effects that improve the performance of electrical machines. The rotor 2 is hollow because its interior is occupied by the movable stator 6 and therefore has a smaller mass. This provides less machine load, lower rotor inertia, shorter response time and easier machine start-up, ie better dynamic performance.
Магнитното поле се оформя в зоната между статорите, където се намира ротора 2 и това позволява по-добро насочване и концентриране на магнитните линии. Това позволява подвижният статор 6 да не е цилиндричен, тъй като предварително е известна посоката на магнитното поле и не се налага да провежда магнитно поле във всичкиThe magnetic field is formed in the area between the stators, where the rotor 2 is located and this allows better direction and concentration of the magnetic lines. This allows the movable stator 6 not to be cylindrical, since the direction of the magnetic field is known in advance and it is not necessary to conduct a magnetic field in all
BG 67304 Bl направления и затова могат да бъдат оставени кухини там, където не е необходимо магнитно поле. Машината става по-лека. В показаните примери подвижният статор 6 е плосък, тъй като има само два полюса на статорното магнитно поле.BG 67304 Bl directions and therefore cavities can be left where a magnetic field is not required. The machine becomes lighter. In the examples shown, the movable stator 6 is flat because there are only two poles of the stator magnetic field.
При влагане на постоянни магнити в подвижния статор 6 магнитното поле в зоната на ротора е векторна сума от магнитните полета на статора 1 и подвижния статор 6. Тъй като подвижният статор 6 винаги се ориентира по един и същ начин спрямо магнитното поле на статора 1, магнитите на подвижния статор 6 винаги ще увеличават общото магнитно поле, на което е правопропорционална изходната мощност на машината, т.е. при използване на еднакви материали, машината има подобрени коефициенти изходна мощност/габарити и изходна мощност/тегло. Или могат да се постигнат аналогични параметри на съществуващите машини при използване на по-слаби и поевтини магнити.When permanent magnets are inserted in the movable stator 6, the magnetic field in the rotor zone is a vector sum of the magnetic fields of the stator 1 and the movable stator 6. Since the movable stator 6 always orients in the same way to the magnetic field of the stator 1, the magnets of the movable stator 6 will always increase the total magnetic field to which the output power of the machine is directly proportional, ie. when using the same materials, the machine has improved output power / dimensions and output power / weight ratios. Or similar parameters of existing machines can be achieved using weaker and cheaper magnets.
Подобно на стрелката на компас, подвижният статор 6 се самоориентира според магнитните линии на генерираното от статора 1 магнитно поле. В зависимост от типа на машината подвижният статор 6 може да се върти или да е неподвижен спрямо корпуса на електрическата машина. Например в асинхронен двигател подвижният статор 6 се върти с ъгловата скорост на генерираното от статорните намотки на неподвижния статор 1 магнитно поле, т. е. по-бързо от ротора. При постояннотоков двигател подвижният статор 6 ще остане неподвижен, като ще бъде повлиян от отместването на магнитното поле, генерирано от тока в намотките на ротора 2, но техниките за подобряване на работата на двигателя и избягване на искренето ще се отразят само на равновесното положение на подвижния статор 6, но не и на ъгловата му скорост, която ще е нула след достигане на установен режим. Без значение дали подвижният статор 6 се върти или не, той не се движи спрямо магнитното поле на машината и не се пренамагнитва - намаляват се загубите и загряването на машината и се увеличава коефициента на полезно действие. Тъй като подвижният статор 6 не се движи спрямо магнитното поле на машината, в него не се генерират вихрови токове - намалява се загряването и машината може да работи при по-високи обороти. Избягването на вихровите токове опростява изработката на машината и оттам на нейната себестойност.Like the compass needle, the movable stator 6 self-orients itself according to the magnetic lines of the magnetic field generated by the stator 1. Depending on the type of machine, the movable stator 6 can rotate or be stationary relative to the housing of the electric machine. For example, in an induction motor, the movable stator 6 rotates at the angular velocity of the magnetic field generated by the stator windings of the fixed stator 1, i.e. faster than the rotor. In a DC motor, the movable stator 6 will remain stationary and will be affected by the displacement of the magnetic field generated by the current in the rotor windings 2, but the techniques to improve the operation of the motor and avoid sparking will only affect the equilibrium position of the movable stator 6, but not at its angular velocity, which will be zero after reaching a set mode. Regardless of whether the movable stator 6 rotates or not, it does not move relative to the magnetic field of the machine and does not over-magnetize - the losses and heating of the machine are reduced and the efficiency is increased. Since the movable stator 6 does not move relative to the magnetic field of the machine, no eddy currents are generated in it - heating is reduced and the machine can operate at higher speeds. Avoiding eddy currents simplifies the construction of the machine and hence its cost.
Магнитното поле се оформя в зоната между статорите 1 и 6, където се намира ротора 2 и това позволява подобро насочване и концентриране на магнитните линии. Подвижният статор 6 може да не е цилиндричен, тъй като предварително е известна посоката на магнитното поле. Не се налага да провежда магнитно поле във всички направления и затова могат да бъдат оставени кухини там, където не е необходимо магнитно поле, съответно машината става по-лека.The magnetic field is formed in the area between the stators 1 and 6, where the rotor 2 is located and this allows better directing and concentration of the magnetic lines. The movable stator 6 may not be cylindrical, as the direction of the magnetic field is known in advance. It is not necessary to conduct a magnetic field in all directions and therefore cavities can be left where a magnetic field is not needed, respectively the machine becomes lighter.
Интензитетът на магнитното поле зависи от разстоянието между статорите, а не от диаметъра на ротора, защото се създава между двата статора, т. е. може да работи дори и при безкрайно голям диаметър, което е линеен двигател. Магнитното поле се създава между двата статора и могат да се генерират по-сложни форми на магнитното поле, защото се избягва разсейването в централната част на съществуващите към момента машини. Може да има дори нечетен брой полюси.The intensity of the magnetic field depends on the distance between the stators and not on the diameter of the rotor, because it is created between the two stators, ie it can work even with an infinitely large diameter, which is a linear motor. The magnetic field is created between the two stators and more complex shapes of the magnetic field can be generated because it avoids scattering in the central part of the currently existing machines. There may even be an odd number of poles.
За специалистите в областта ще бъде ясно, че са възможни различни варианти и модификации на електрически машини, които също попадат в обхвата на изобретението, дефиниран в приложените претенции. Отделните части на машината могат да бъдат заменени с технически еквивалентни елементи.It will be apparent to those skilled in the art that various variations and modifications of electrical machines are possible, which also fall within the scope of the invention as defined in the appended claims. The individual parts of the machine can be replaced with technically equivalent elements.
Референтните номера на техническите признаци са посочени единствено с цел да се увеличи разбираемостта на претенциите и следователно, тези референтни номера нямат ограничаващ ефект по отношение на интерпретацията на елементите, означени с тези референтни номера.The reference numbers of the technical features are given only for the purpose of increasing the comprehensibility of the claims and therefore, these reference numbers have no restrictive effect on the interpretation of the elements indicated by these reference numbers.
Claims (1)
Priority Applications (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
BG112762A BG67304B1 (en) | 2018-07-02 | 2018-07-02 | Electric machine with additional movable stator |
CA3106130A CA3106130C (en) | 2018-07-02 | 2019-07-01 | Electrical machine with an auxiliary movable self-directing stator |
PCT/IB2019/055551 WO2020008319A1 (en) | 2018-07-02 | 2019-07-01 | Electrical machine with an auxiliary movable self-directing stator |
CN201980044820.1A CN112385128A (en) | 2018-07-02 | 2019-07-01 | Electric machine with auxiliary movable self-guiding stator |
EP19762208.7A EP3701623B1 (en) | 2018-07-02 | 2019-07-01 | Electrical machine with an auxiliary movable self-directing stator |
US17/257,852 US11742733B2 (en) | 2018-07-02 | 2019-07-01 | Electrical machine with an auxiliary movable self-directing stator |
IL279864A IL279864A (en) | 2018-07-02 | 2020-12-30 | Electrical machine with an auxiliary movable self-directing stator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
BG112762A BG67304B1 (en) | 2018-07-02 | 2018-07-02 | Electric machine with additional movable stator |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
BG112762A BG112762A (en) | 2020-01-31 |
BG67304B1 true BG67304B1 (en) | 2021-04-15 |
Family
ID=67810984
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
BG112762A BG67304B1 (en) | 2018-07-02 | 2018-07-02 | Electric machine with additional movable stator |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US11742733B2 (en) |
EP (1) | EP3701623B1 (en) |
CN (1) | CN112385128A (en) |
BG (1) | BG67304B1 (en) |
CA (1) | CA3106130C (en) |
IL (1) | IL279864A (en) |
WO (1) | WO2020008319A1 (en) |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2106057A1 (en) * | 1971-02-09 | 1972-09-14 | Bosch Gmbh Robert | Alternator |
SU780106A1 (en) | 1977-10-26 | 1980-11-15 | Мурманское высшее инженерное морское училище им.Ленинского комсомола | Synchronous electric machine |
SU951559A1 (en) | 1980-12-22 | 1982-08-15 | Новосибирский электротехнический институт | Electric machine low inertia rotor |
CN2049839U (en) * | 1988-12-02 | 1989-12-20 | 郑允芳 | Permanent magnetic step motor with double layer stators |
US5723928A (en) * | 1994-09-30 | 1998-03-03 | Toyoda Koki Kabushiki Kaisha | Induction motor and method of adjusting power factor of the same |
FR2734962B1 (en) * | 1995-05-29 | 1997-08-01 | Ebauchesfabrik Eta Ag | BIROTOR MULTIPOLAR MOTOR |
RU2169423C1 (en) | 2000-01-18 | 2001-06-20 | Дусаев Миргасим Рашитович | Permanent-magnet generator |
JP4666806B2 (en) | 2000-11-01 | 2011-04-06 | 信越化学工業株式会社 | Permanent magnet type rotary motor |
RU2004105940A (en) | 2001-08-21 | 2005-04-27 | Александр Германович Кашкаров (RU) | MAGNETO ELECTRIC LINEAR TYPE MACHINE |
JP4225001B2 (en) * | 2002-08-09 | 2009-02-18 | 株式会社エクォス・リサーチ | Electric motor |
RU2411623C2 (en) | 2008-02-11 | 2011-02-10 | Закрытое акционерное общество "Завод Сибирского Технологического Машиностроения" | Ac electric machine |
CN102195423B (en) * | 2011-05-20 | 2012-11-21 | 国电联合动力技术有限公司 | Double-stator permanent magnetic direct-driven generator supported by fixed axles |
JP6131691B2 (en) * | 2013-04-17 | 2017-05-24 | 株式会社ジェイテクト | Rotating electric machine |
DE102013220495A1 (en) * | 2013-10-10 | 2015-04-16 | Continental Teves Ag & Co. Ohg | Electric machine |
-
2018
- 2018-07-02 BG BG112762A patent/BG67304B1/en unknown
-
2019
- 2019-07-01 WO PCT/IB2019/055551 patent/WO2020008319A1/en active Application Filing
- 2019-07-01 EP EP19762208.7A patent/EP3701623B1/en active Active
- 2019-07-01 CA CA3106130A patent/CA3106130C/en active Active
- 2019-07-01 US US17/257,852 patent/US11742733B2/en active Active
- 2019-07-01 CN CN201980044820.1A patent/CN112385128A/en active Pending
-
2020
- 2020-12-30 IL IL279864A patent/IL279864A/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
BG112762A (en) | 2020-01-31 |
WO2020008319A4 (en) | 2020-03-05 |
CA3106130A1 (en) | 2020-01-09 |
EP3701623A1 (en) | 2020-09-02 |
CN112385128A (en) | 2021-02-19 |
IL279864A (en) | 2021-03-01 |
EP3701623B1 (en) | 2023-03-08 |
CA3106130C (en) | 2024-03-05 |
WO2020008319A1 (en) | 2020-01-09 |
US11742733B2 (en) | 2023-08-29 |
US20220085707A1 (en) | 2022-03-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11784523B2 (en) | Multi-tunnel electric motor/generator | |
US10476362B2 (en) | Multi-tunnel electric motor/generator segment | |
JPS63140647A (en) | Total flux reversible and variable reluctance brushless apparatus | |
JP2001520498A (en) | Linear electromagnetic machine | |
BG61589B1 (en) | Rotary magnetic device | |
CN110268610B (en) | Synchronous machine with magnetic rotating field reduction and flux concentration | |
US7573170B2 (en) | Motor modules for linear and rotary motors | |
KR102156481B1 (en) | An axial motor including a magnetic levitation rotary body | |
JP2021027700A (en) | Variable magnetic force motor | |
EP3726711A1 (en) | Brushless motor-generator | |
US6809451B1 (en) | Galvanometer motor with composite rotor assembly | |
US20220320986A1 (en) | Bayaliev universal generator/motor | |
US4924128A (en) | High-efficiency electric motor with low torque variation | |
BG67304B1 (en) | Electric machine with additional movable stator | |
KR102466216B1 (en) | Electric machine with a rotor created according to the Halbach scheme | |
RU2807680C2 (en) | Electric machine with additional movable self-directing stator | |
US11936246B2 (en) | Axial flux motor | |
US20160301290A1 (en) | Electric generator | |
KR20080035584A (en) | Axial motor | |
CN110138161B (en) | External disk motor with barrier stator | |
KR20170058627A (en) | Electric motor | |
CN111740515A (en) | Rotor modular hybrid excitation switched reluctance motor | |
RU2147153C1 (en) | Magnetic current generator | |
RU2611566C2 (en) | Dc motor with sliding contacts | |
RU2736326C1 (en) | Contactless direct-current double-packaged wind generator |